上部無(wú)砂填充富水砂卵石地層嵌巖鉆孔灌注樁施工技術(shù)

徐壽政

摘要 文章以京秦高速公路遵秦段青龍河大橋上部無(wú)砂填充富水砂卵石地層中嵌巖鉆孔灌注樁施工為探討主題，針對(duì)上部無(wú)砂填充砂卵石地層嵌巖鉆孔灌注樁易塌孔、縮孔、地下水透析、鉆進(jìn)困難等難點(diǎn)，通過(guò)采用加長(zhǎng)護(hù)筒、改良泥漿指標(biāo)、合理選用鉆進(jìn)設(shè)備的措施優(yōu)化施工工藝，有效地解決了上述難題，保證施工進(jìn)度及工程質(zhì)量，降低了施工成本。

關(guān)鍵詞 鉆孔灌注樁;砂卵石地層;花崗巖;旋挖鉆;沖擊鉆;鉆孔;泥漿護(hù)壁;長(zhǎng)護(hù)筒

中圖分類號(hào) TU433 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）02-0150-04

0 引言

樁基工程是橋梁工程基礎(chǔ)施工的要點(diǎn)內(nèi)容，不同地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁施工的設(shè)備選型及施工工藝選擇是施工組織的關(guān)鍵所在。上部無(wú)砂填充富水砂卵石地層中嵌巖鉆孔灌注樁施工不僅要保證施工質(zhì)量，同時(shí)要滿足工期要求[1]。因此該文開(kāi)展相關(guān)技術(shù)分析探討，對(duì)施工過(guò)程中的重難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對(duì)其采取有效措施，保證施工的有序進(jìn)行。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)述

京秦高速公路遵秦段B5標(biāo)起訖里程為K79+362～K101

+950，起點(diǎn)位于河北省唐山市遷安市，終點(diǎn)位于秦皇島市盧龍縣，全長(zhǎng)22.588 km。標(biāo)段含青龍河大橋、S363省道分離立交等橋梁27座，主線橋梁累計(jì)長(zhǎng)度2.4 km。

項(xiàng)目控制性工程青龍河大橋設(shè)計(jì)橋長(zhǎng)927 m，下部結(jié)構(gòu)采用墩配樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑1.5～1.8 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)19～28 m，0～24#臺(tái)為摩擦樁，25～29#臺(tái)卵石覆蓋層較薄處為端承樁，數(shù)量148根，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30。

1.2 工程地質(zhì)

擬建橋址為河流沖洪積平原，地面高程53.57～71 m，根據(jù)地面調(diào)查及鉆探揭露，場(chǎng)區(qū)內(nèi)表層覆蓋第四系全新統(tǒng)地層，下伏基巖為中太古代。根據(jù)工程性質(zhì)的差異，橋址區(qū)地層分為7層，各層的主要工程地質(zhì)特征分述見(jiàn)表1。

主河槽中由于前期采砂，表層卵石層缺少砂填充，粘聚力差，深度約2～5 m，各層層厚分部不均勻，局部基巖巖面傾斜，工程地質(zhì)見(jiàn)圖1。

2 施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

2.1 施工難點(diǎn)

根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知青龍河大橋鉆孔灌注樁施工主要難點(diǎn)為：

（1）青龍河大橋樁基雖多為摩擦樁，均已進(jìn)入基巖，花崗巖抗壓強(qiáng)度高，飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)到100 MPa以上，鉆進(jìn)困難，進(jìn)入巖層后鉆孔振動(dòng)大，易造成上層砂卵石層失穩(wěn)塌孔;

（2）部分樁基位于巖面傾斜的基巖上，沖擊鉆在傾斜巖面鉆進(jìn)由于底面軟硬不均鉆進(jìn)過(guò)程易偏孔;

（3）主河槽由于前期采砂影響，頂面覆蓋層為卵石堆積層，無(wú)砂填充，粘聚力差;

（4）施工區(qū)域地表及地下水豐富，砂卵石地層空隙大，受到水壓力侵蝕滲透，確?？妆诜€(wěn)定的護(hù)壁泥漿要求高。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)上述難點(diǎn)，總結(jié)前期在該地層常規(guī)旋挖試樁塌孔的失敗經(jīng)驗(yàn)，主要采取如下措施解決上述問(wèn)題。

（1）綜合進(jìn)度、成本及質(zhì)量等因素，現(xiàn)場(chǎng)采用旋挖施工為主、沖擊鉆輔助施工的機(jī)械組合，旋挖機(jī)主要用于摩擦樁及進(jìn)入基巖長(zhǎng)度短的端承樁，沖擊鉆主要用于基巖巖面傾斜部位及進(jìn)入基巖長(zhǎng)度較長(zhǎng)的端承樁;

（2）針對(duì)主河槽表層卵石堆積層無(wú)砂填充，穩(wěn)定性差，現(xiàn)場(chǎng)采用6 m長(zhǎng)護(hù)筒穿過(guò)堆積層進(jìn)行孔壁加固，選用70 t汽車吊配合120振動(dòng)錘打拔鋼護(hù)筒;

（3）沖擊鉆鉆進(jìn)至傾斜巖面后，采用回填等強(qiáng)度材質(zhì)石塊進(jìn)行處理，小沖程沖擊法施工;

（4）加大泥漿比重，采用高塑性優(yōu)質(zhì)粘土造漿并加入膨潤(rùn)土與火堿進(jìn)行改良泥漿，使之pH值及靜切力適當(dāng)、失水率小能有形成效護(hù)壁，防止孔內(nèi)泥漿與外部地下水相互滲透。

3 施工工藝

鉆孔灌注樁施工工藝流程見(jiàn)圖2。

3.1 測(cè)量放樣

采用GPS對(duì)樁位進(jìn)行放樣。沿樁中心呈“十”字型引出四個(gè)樁位點(diǎn)用來(lái)控制樁位，作為單樁護(hù)樁，護(hù)樁距樁心為2倍樁徑。四個(gè)護(hù)樁因樁機(jī)駐位及護(hù)筒埋設(shè)設(shè)易發(fā)生碰撞變形，護(hù)筒埋設(shè)完成后，及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)樁位。

3.2 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒選用厚10 mm厚鋼板制作，直徑比樁徑大0.2 m，為防止打拔過(guò)程變形，護(hù)筒上端采用加厚設(shè)計(jì)。河岸1～9#、25～29#墩樁基采用1.5～3 m長(zhǎng)護(hù)筒，主河槽內(nèi)10～24#墩樁基采用6 m長(zhǎng)護(hù)筒。

1.3～3 m護(hù)筒采用挖機(jī)或旋挖機(jī)挖埋，6.0 m長(zhǎng)鋼護(hù)筒埋設(shè)首先利用旋挖機(jī)開(kāi)孔，孔深1 m，孔徑略大于護(hù)筒直徑，然后采用120液壓振動(dòng)錘進(jìn)行施打埋設(shè)，液壓振動(dòng)錘由70 t汽車吊起吊，護(hù)筒入土1.0 m后復(fù)測(cè)樁位及垂直度嚴(yán)格控制護(hù)筒垂直度及平面位置，如圖3所示。

3.3 泥漿制備及循環(huán)

根據(jù)地質(zhì)情況、施工條件、施工工藝及鉆進(jìn)參數(shù)等多方面因素綜合考慮，采用優(yōu)質(zhì)黃粘土造漿并加入膨潤(rùn)土與純堿進(jìn)行改良泥漿，材料配比見(jiàn)表2。泥漿制備采用泥漿泵在泥漿池中高速攪拌，將泥漿泵懸吊在泥漿池上方，在池中注入清水，開(kāi)啟泥漿泵，邊攪拌邊投入粘土，泥漿泵轉(zhuǎn)速大于200 r/min，將泥漿攪拌均勻。

鉆孔過(guò)程中泥漿的性能參數(shù)見(jiàn)表3，儲(chǔ)漿池要經(jīng)常循環(huán)攪動(dòng)，防止泥漿沉淀和離析，施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)泥漿指標(biāo)的檢測(cè)，每班不少于2次。

3.4 鉆進(jìn)

針對(duì)該橋位處復(fù)雜地層，我部施工組織設(shè)備選型以大扭矩旋挖機(jī)為主，沖擊鉆輔助，旋挖機(jī)主要用于嵌巖長(zhǎng)度短的摩擦樁，沖擊鉆主要用于基巖巖面傾斜部位及嵌巖石深度度較長(zhǎng)的端承樁，部分旋挖進(jìn)入強(qiáng)度較高基巖后采用沖擊鉆接力施工。

3.4.1 旋挖鉆成孔

現(xiàn)場(chǎng)使用三一SR420旋挖機(jī)及中聯(lián)ZR360L旋挖機(jī)各一臺(tái)，配置1.2 m、1.5 m、1.8 m不同直徑的斗式鉆頭與嵌巖筒鉆。旋挖鉆在鉆卵石層時(shí)，采用6.0 m的鋼護(hù)筒，穿過(guò)采砂區(qū)，采砂區(qū)下層采用泥漿護(hù)壁。卵石層則采用斗式鉆頭慢轉(zhuǎn)速慢鉆進(jìn)并適當(dāng)加大泥漿比重和粘度。入巖后，先采用1.2 m直徑嵌巖筒鉆鉆進(jìn)，對(duì)孔內(nèi)巖芯圓周進(jìn)行松動(dòng)，增加巖層自由面，斗式鉆頭配合鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后更換1.5 m直徑鉆頭擴(kuò)孔，最后采用1.8 m直徑鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.4.2 沖擊鉆成孔

（1）機(jī)具布置?，F(xiàn)場(chǎng)選用沖擊鉆8臺(tái)，用于基巖巖面傾斜及嵌巖深度較長(zhǎng)樁基施工，直徑分別為1.5 m和1.8 m，由于基巖地質(zhì)堅(jiān)硬，選用大噸位鉆頭，1.5 m直徑鉆頭重量為6 t，1.8 m直徑鉆頭重量9 t。

護(hù)筒埋設(shè)完畢后，由專職測(cè)量人員對(duì)樁位、護(hù)樁進(jìn)行復(fù)測(cè)，檢查護(hù)樁是否移動(dòng)，然后根據(jù)鉆機(jī)尺寸在孔口平整鉆機(jī)平臺(tái)，平臺(tái)平整密實(shí)，鋪設(shè)墊木，保證在鉆進(jìn)和運(yùn)行中不產(chǎn)生位移和沉陷。設(shè)備就位后，采用護(hù)樁拉十字線用吊線錘法復(fù)核鉆頭位置，鉆頭、護(hù)樁中心在同一鉛垂線上，偏差不得大于1 cm[2]。

鉆頭直徑與樁徑一致，以保證成孔直徑不小于設(shè)計(jì)樁徑，在鉆進(jìn)過(guò)程中觀測(cè)錘頭磨損狀況，防止樁孔縮徑。

（2）鉆進(jìn)。1）向護(hù)筒內(nèi)泵送泥漿，約到護(hù)筒的2/3高處，開(kāi)孔及整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程中，始終保持孔內(nèi)水位高出地下水位1.5 m以上，并低于護(hù)筒頂面 0.3 m以防溢出，掏渣后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿。2）每鉆進(jìn)2 m或地層變化處，在泥漿中撈取鉆渣樣品，查明土質(zhì)并記錄，及時(shí)排除鉆渣并置換泥漿。同時(shí)注意土層的變化，在巖、土層變化處均撈取渣樣，判明土層并記入記錄表中與地質(zhì)剖面圖核對(duì)。3）沖擊鉆鉆進(jìn)至傾斜巖面后，采用回填等強(qiáng)度材質(zhì)石塊進(jìn)行處理，小沖程沖擊法施工，隨時(shí)檢查成孔是否由偏斜情況。

3.5 鋼筋籠安裝與混凝土澆筑

成孔檢查、清孔后及時(shí)下放鋼筋籠并澆筑混凝土，灌注的樁頂高程高于設(shè)計(jì)樁頂高程0.8～1 m，澆筑完立即拔除護(hù)筒并檢查灌注樁頂面高程。

3.6 施工方案優(yōu)缺點(diǎn)及功效分析

由于中風(fēng)化花崗巖層強(qiáng)度高，現(xiàn)場(chǎng)鉆取巖芯飽和抗壓強(qiáng)度100 MPa以上，在硬質(zhì)花崗巖地層沖擊鉆施工進(jìn)尺困難，且垂頭磨損嚴(yán)重，單個(gè)臺(tái)班平均進(jìn)尺約0.5 m，綜合鉆頭焊接加固時(shí)間長(zhǎng)，一般嵌巖深度10～20 m樁基20～40天成孔，施工效率低下，施工成本較高。采用大扭矩旋挖鉆配置斗式鉆頭與嵌巖筒鉆鉆頭結(jié)合施工，在巖層中先采取1.2 m直徑鉆頭成孔，再逐級(jí)擴(kuò)孔工藝，雖增加一道擴(kuò)充工序，但施工效率高，一般嵌巖深度5～10 m樁基一般2～5天左右成孔，綜合比較，施工費(fèi)用相對(duì)較低。

4 結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)目青龍河大橋橋位處地質(zhì)情況復(fù)雜，砂卵石覆蓋層較厚且主河槽內(nèi)上部卵石層由于前期采砂粘聚力差，根據(jù)地勘資料下層基巖中裂隙較發(fā)育的中風(fēng)化花崗巖層厚較厚，橋位25～29#墩處巖面傾斜，按照設(shè)計(jì)規(guī)范不能作為端承樁持力層，進(jìn)而導(dǎo)致樁基入巖深度較大，該層裂隙飽和抗壓強(qiáng)度大于100 MPa，各類設(shè)備鉆進(jìn)困難，施工成本高，我部對(duì)橋位25～29#墩逐樁補(bǔ)充地勘，優(yōu)化了部分樁基樁長(zhǎng)。

針對(duì)巖面傾斜部位樁基，采用回填等強(qiáng)度材質(zhì)石塊進(jìn)行處理，小沖程沖擊法施工，有效地穿透了該地層;針對(duì)主河槽樁位處表層卵石堆積層無(wú)砂填充，穩(wěn)定性差，卵石覆蓋層厚且樁底進(jìn)入基巖的復(fù)雜地質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)采用6 m長(zhǎng)護(hù)筒穿過(guò)堆積層進(jìn)行孔壁加固，適當(dāng)加大泥漿比重，選用大功率旋挖鉆機(jī)根據(jù)不同地層調(diào)整鉆進(jìn)工藝，有效的解決了該地層施工難點(diǎn)，順利完成了該橋148根樁基施工，混凝土損耗系數(shù)為8.72%，經(jīng)檢測(cè)均為一類樁。

參考文獻(xiàn)

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T 3650—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[2]公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：JTG F80/1—2017[S].北京：人民交通出版社，2017.